壓塑工藝及模具設計
——下篇 塑料壓制成型第九講 壓注成型模具（二）

洪慎章

( 上海交通大學塑性成形技術與裝備研究院，上海 200030)

（接上期）

9.3 加料室及壓柱設計

9.3.1 加料室設計

加料室形狀、大小及位置的合理選擇，是壓注模設計中一個重要問題。通常，在夾緊壓注模并對加料室加壓時，應使加料室的投影響形狀和型腔的投影形狀一樣。例如，對于圓形塑件可用圓形加料室，而對于矩形型腔則要用矩形加料室。對于多型腔的壓注模，要使加料室盡可能多地覆蓋型腔，這是常規的處理方法，但為了要覆蓋多型腔，必須采用矩形加料室。良好的處理方法應使加料室至少要覆蓋全部型腔的四分之三。加料室為了能容納成型所需的塑料原料，應做得足夠大，而且為了產生必要的壓注模夾緊力，還應具有充分的投影面積。此外，為了在適當的時間內以適當的壓力將充分加熱塑化的塑料擠出，加料室應具有充分的加熱表面積，該表面積應與所用的塑料質量成正比。因此，無論移動式或固定式壓注模都設有加料室，其作用都是為了存放定量的塑粉，對其進行預熱，加熱成膠狀體，并在壓注時承受壓力，所以加料室亦應具有一定的強度，體積也不宜太小，以免熱量散失而使塑料加熱不良。

9.3.1.1 加料室的結構形式及定位結構

從壓注工藝上考慮，加料室一般為圓形。其結構形式可根據加料室的固定性質和定位結構的特點分以下六種。

（1）無需定位結構的加料室

圖239 所示即為無需定位結構的加料室。其特點是無定位結構，只適用于上模板上表面設有孔穴時，宜作為通用外加料室。

圖239 無需定位結構的加料室

（2）用導釘定位的加料室圖240 所示即為用導釘定位的加料室。其特點是采用導釘定位結構，可防止壓注時塑料流入上模板表面的孔穴中，為移動式壓注模的常用結構，故應用廣泛。

圖240 導釘定位的加料室

（3）外定位的加料室 圖241 所示即為外定位的加料室。其特點是圖241(a) 所示的結構形式為按加料室外形用三個定位銷定位結構，這種加料室的加工方便，強度高；圖241(b) 所示結構形式的制造及清理廢料不便，故應用較少。

圖241 外定位的加料室

（4）內定位的加料室

圖242 所示即為內定位的加料室。其特點是該結構具有定位及在加壓時可以防止加料室升起的作用，因此為常用結構。

（5）用圓錐、圓柱定位的加料室 圖243 所示為圓錐或圓柱定位的加料室結構形式。該結構適用于固定式壓注模，加料室與上模連成一體，在加40～45 料腔底部開設流道通向型腔。當加料室和上模分別加工在兩塊板上時，應加設澆口套。圖243(a) 所示為垂直分型壓注模加料室結構，加料室做在瓣合模塊上，通過主流道與型腔相連，一起裝入模套中，瓣合模塊與模套以錐面定位；圖243(b) 及(c) 所示圓柱定位結構的單型腔及雙型腔壓注模，適用于普通壓力機固定連接。

圖242 內定位的加料室

圖243 圓錐、圓柱定位的加料室

（6）專用液壓機的加料室圖244 所示為專用液壓機的加料室結構形式。

其特點是加料系統與澆注系統合為一體，沒有主流道，其在模具上固定方式不同。圖244(a) 所示為螺母固定形式；圖244(b) 所示為軸肩板固定形式；圖244(c) 所示為對剖半環固定形式。

圖244 專用液壓機的加料室

9.3.1.2 加料室位置及其材料

加料室的中心應與型腔在分型面上投影面積的重心相重合。對于單型腔壓注模，應與該型腔在分型面上投影面積的重心重合。使由壓料力產生的鎖模力與壓注時的漲模力在同一條軸線上，這樣受力均勻，避免物料將模板傾斜抬起，產生溢料飛邊。

加料室的材料一般選用T10A、CrW Mn、9Mn2V等， 熱處理后硬度為52～56 HRC。加料室型腔表面粗糙度為Ra=0.4～0.2 μm。為了提高使用壽命， 最好鍍鉻，其鍍層厚度取0.015～0.02 mm，并拋光到Ra=0.2 μm 以下。

9.3.2 壓柱設計

圖245 所示為幾種常見的罐式壓注模的壓柱結構。圖245(a) 為簡單的圓柱形，加工簡便省料，常用于移動式壓注模。圖245(b) 為帶凸緣的結構，承壓面積大，壓注過程平穩，既可用于移動式，也可用于固定式壓注模。圖245(c) 為組合式結構，用于固定式模具，以便固定在壓機上。圖245(d) 在壓柱上開環形槽，在壓注時環形槽被溢出的塑料充滿并固化在其中，繼續使用時起到了活塞環的作用，可以阻止塑料從間隙中溢出。

圖245 罐式壓注模的壓柱結構

圖246 所示為柱塞式壓注模的壓柱結構。圖246(a) 所示壓柱的一端帶有螺紋，直接擰在液壓缸的活塞桿上；圖246(b) 所示的壓柱上加工成環形槽，以使溢出的塑料固化其中，起活塞環的作用，其頭部的球形凹面有使料流集中，減少向側面溢料的作用。

圖247 所示為壓柱頭部開有楔形溝槽的結構，其作用是為了拉出主流道凝料。圖247(a) 所示結構用于直徑較小的壓柱；圖247(b) 所示結構用于直徑大于75 mm 的壓柱；圖247(c) 所示結構用于拉出幾個主流道凝料的情況。

壓柱或柱塞選用的材料和熱處理要求與加料室相同。

圖246 柱塞式壓注模的壓柱結構

圖247 壓柱的拉料結構

9.3.3 加料室與壓柱的配合

加料室與壓柱的配合關系如圖248 所示。加料室與壓柱的配合公差通常選為H8/f9～H9/f9 或采用0.05～0.1 mm 的單邊間隙。若是帶有環槽的壓柱，間隙可取得更大些。壓柱的高度H1應比加料室的高度H小0.5～1.0 mm，底部轉角處應留0.3～0.5 mm 的貯料間隙，加料室與定位凸臺的配合高度之差為0～0.1mm，加料室底部傾角α=40°～45°。

表63 列出了壓注模的加料室尺寸，表64 列出了壓注模壓柱的推薦尺寸。表65 列出了壓注模的定位凸臺尺寸。

圖248 加料室與壓柱的配合關系

9.3.4 加料室尺寸計算

1. 確定加料室的斷面積

壓注模加料室斷面積可從傳熱和鎖模兩個方面考慮。

表63 壓注模的加料室尺寸

從傳熱方面考慮，加料室的加熱面積取決于加料量，根據經驗，未經預熱的熱固性塑料每克約需1.4 cm2的加熱面積，加料室總表面積為加料室內腔投影面積的兩倍與加料室裝料部分側壁面積之和。為了簡便計算起見，可以省略側壁面積，根據經驗公式可得

式中：

A—— 加料室斷面積，m2；

m—— 每一次壓注的加料量，kg。

從鎖模的方面考慮，加料室斷面積應大于型腔和澆注系統在合模方向投影面積之和，否則型腔內塑料熔體的壓力將頂開分型面而溢料。根據經驗，加料室斷面積必須比塑件型腔與澆注系統投影面積之和大10%～25%，即

表64 壓注模壓柱的推薦尺寸

表65 定位凸臺

式中:

A1—— 塑件型腔和澆注系統在合模方向上的投影面積之和，m2。

對于未經預熱的塑料，可采用式（64）計算加料室斷面積，對于經過預熱的塑料，可按式（65）計算加料室的斷面積。

專用液壓機用固定式壓注模的加料室斷面積按下式計算：

式中:

A—— 加料室斷面積，mm2 ；

FH—— 柱塞加壓用的壓力機輔助油缸的總壓力，N ；

P—— 壓注模成型所需要單位擠壓力， MPa， 其值可按表67 選用。

垂直分型模具( 見圖249) 的加料室斷面積按下式計算

式中：

A—— 加料室斷面積，m2 ；

圖249 垂直分型面模具的加料室

A0—— 塑料制件及澆注系統在垂直分型面上投影面積之和，m2；

θ—— 瓣合模塊與模套的配合角度，°，不得小于8.5°，推薦使用12° 以上；

Φ—— 摩擦角，°，一般取8°。

當壓力機已確定時，應根據所選用的塑料品種和加料室斷面積，對加料室內的單位擠壓力進行校核，即

式中：

F—— 壓機額定壓力，N ；

A—— 加料室斷面積，m2 ；

p′—— 實際單位壓力，MPa ；

p—— 不同塑料所需單位擠壓力，MPa， 其值可按表66 選用。

表66 熱固性塑料壓注成型所需單位擠壓力

9.3.4.2 確定加料室中塑料所占有的容積

當加料室斷面積確定后，其余尺寸的計算方法與壓制模相似。加料室內塑料

所占有的容積由下式計算：

式中:

V—— 加料室容積，m3；

M—— 每次壓注成型的加料量，包括溢料、飛邊及余料量，g ；

ρ—— 成型物料的松裝密度，g/cm ；

K—— 壓縮比。

（3）確定加料室高度壓注模加料室的高度可按下式進行計算：

式中：

h—— 加料室的高度，mm ；

V—— 加料室容積，mm3；

A—— 加料室斷面積，mm2；

Δh—— 加料室中不裝料的導向高度，mm，可取8～15mm。

9.4 澆注系統設計

壓注模澆注系統的形狀與注塑模澆注系統相類似，但兩者的要求有所不同。注塑模要求塑料熔體在流道中流動的，壓力損失小，溫度變化小，以盡量減少熔體與流道壁的熱傳遞；而壓注模除要求塑料熔體流動時壓力損失小外，還要求塑料熔體在澆注系統中流動時進一步塑化和提高溫度，并以最佳的流動狀態進入型腔，因此有時還需要在流道中安置加熱器。

9.4.1 澆注系統的組成及設計特點

9.4.1 澆注系統的組成

壓注模澆注系統的組成如圖250 所示，它由主流道3、分流道2 及澆口5 等幾大

圖250 澆注系統組成

9.4.1 澆注系統的設計特點

為了保證合理的壓注工藝，設計澆注系統各部分的結構需考慮如下特點。

（1）澆注系統總長( 包括主流道、分流道、澆口)以不超過60～100 mm 為宜。流道應平直圓滑，盡量避免彎折( 尤其對增強塑料更為重要)，以保證塑料盡快充滿型腔。

（2）主流道盡量分布在壓注模中心。

（3）分流道截面形狀宜取在相等截面積時周邊為最長的形狀( 如梯形)，以利于壓注模加熱塑料和增大摩擦熱以提高料溫。

（4）澆口形狀及位置應便于去除澆口，且無損于塑件表面美觀和修正方便。

（5）主流道下宜設反料槽，以利于塑料流動集中。

（6）澆注系統中有拼合面者必須防止溢料，以免取出澆口困難。